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一、QFN封裝PCB設計基本介紹 

QFN（Quad Flat No Lead）是一種相對比較新的IC封裝形式，但由于其獨特的優(yōu)勢，其應用得到了快速的增長。QFN是一種無引腳封裝，它有利于降低引腳間的自感應系數(shù)，在高頻領域的應用優(yōu)勢明顯。QFN外觀呈正方形或矩形，大小接近于CSP，所以很薄很輕。元件底部具有與底面水平的焊端，在中央有一個大面積裸露焊端用來導熱，圍繞大焊端的外圍四周有實現(xiàn)電氣連接的I/O焊端，I/O焊端有兩種類型：一種只裸露出元件底部的一面，其它部分被封裝在元件內；另一種焊端有裸露在元件側面的部分。 

QFN采用周邊引腳方式使PCB布線更靈活，中央裸露的銅焊端提供了良好的導熱性能和電性能。這些特點使QFN在某些對體積、重量、熱性能、電性能要求高的電子產(chǎn)品中得到了重用。 

由于QFN是一種較新的IC封裝形式，IPC-SM-782等PCB設計指南上都未包含相關內容，本文可以幫助指導用戶進行QFN的焊盤設計和生產(chǎn)工藝設計。但需要說明的是本文只是提供一些基本知識供參考，用戶需要在實際生產(chǎn)中不斷積累經(jīng)驗，優(yōu)化焊盤設計和生產(chǎn)工藝設計方案，以取得令人滿意的焊接效果。 

 

二、QFN封裝描述 

QFN的外形尺寸可參考其產(chǎn)品手冊，它符合一般工業(yè)標準。QFN通常采用JEDEC MO-220系列標準外形，在焊盤設計時可以參考這些外形尺寸（示例如圖1）。 

圖1  QFN元件三維剖視圖和實物外觀 

 

三、QFN通用PCB設計指南 

QFN的中央裸焊端和周邊I/O焊端組成了平坦的銅引線結構框架，再用模鑄樹脂將其澆鑄在樹脂里固定，底面露出的中央裸焊端和周邊I/O焊端，均須焊接到PCB上。 

PCB焊盤設計應該適應工廠的實際工藝能力，以求取得最大的工藝窗口，得到良好的高可靠性焊點。需要說明的是中央裸焊端的焊接，通過“錨”定元件，不僅可以獲得良好的散熱效果，還可以增強元件的機械強度，有利于提高周邊I/O焊端的焊點可靠性。針對QFN中央裸焊端而設計的PCB散熱焊盤，應設計導熱過孔連接到PCB內層隱藏的金屬層。這種通過過孔的垂直散熱設計，可以使QFN獲得完美的散熱效果。 

 

四、QFN焊盤設計指南 

1、周邊I/O焊盤 

PCB I/O焊盤的設計應比QFN的I/O焊端稍大一點，焊盤內側應設計成圓形以配合焊端的形狀，詳細請參考圖2和表1。 

圖2 典型的QFN元件焊端和PCB 焊盤外觀圖 

 

典型的QFN元件I/O焊端尺寸（mm）			典型的PCB I/O焊盤設計指南（mm）
焊盤間距	焊盤寬度（b）	焊盤長度（L）	焊盤寬度（X）	外延（Tout）	內延（Tin）
0.8	0.33	0.6	正常0.42	最小0.15	最小0.05
0.65	0.28	0.6	正常0.37	最小0.15	最小0.05
0.5	0.23	0.6	正常0.28	最小0.15	最小0.05
0.5	0.23	0.4	正常0.28	最小0.15	最小0.05
0.4	0.2	0.6	正常0.25	最小0.15	最小0.05

                                                                      表1 I/O焊盤設計指南 

 

如果PCB有設計空間， I/O焊盤的外延長度（Tout）大于0.15mm，可以明顯改善外側焊點形成，如果內延長度（Tin）大于0.05mm，則必須考慮與中央散熱焊盤之間保留足夠的間隙，以免引起橋連。 

2、中央散熱焊盤 

中央散熱焊盤應設計比QFN中央裸焊端各邊大0-0.15mm，即總的邊長大出0-0.3mm，但是中央散熱焊盤不能過分的大，否則，會影響與I/O焊盤之間的合理間隙，使橋連概率增加。此間隙最小為0.15mm，可能的話，最好是0.25mm或更大。 

3、散熱過孔 

散熱過孔應按1.0mm-1.2mm的間隙均勻分布在中央散熱焊盤上，過孔應連通到PCB內層的金屬接地層上，過孔直徑推薦為0.3mm-0.33mm。 

雖然增加過孔（減小過孔間隙），表面上看好象可以改善熱性能，但因為增加過孔的同時也增加了熱氣回來的通道，所以實際效果不確定，需要根據(jù)實際PCB的情況來決定（如PCB散熱焊盤尺寸、接地層）。 

4、阻焊層設計 

目前有兩種阻焊層設計類型：SMD（Solder Mask Defined）和NSMD（Non-Solder Mask Defined）。SMD：阻焊層開口小于金屬焊盤；NSMD：阻焊層開口大于金屬焊盤。 

由于在銅腐蝕工藝中更易控制，所以NSMD工藝更優(yōu)選。而且SMD工藝會使焊盤阻焊層與金屬層重疊區(qū)域壓力集中，在極端疲勞條件下容易使焊點開裂。采用NSMD工藝則使焊錫圍繞在金屬焊盤邊緣，可以明顯改善焊點的可靠性。 

由于以上原因，在中央散熱焊盤和周邊I/O焊盤的阻焊層設計中一般都推薦采用NSMD工藝。但是，在尺寸相對比較大的中央散熱焊盤阻焊層設計中應該采用SMD工藝。 

在采用NSMD工藝時，阻焊層開口應比焊盤大120um-150um，即在阻焊層與金屬焊盤之間留有60um-75um的間隙，弧形焊盤應設計相應的弧形阻焊層開口與之匹配，特別是在拐角處應有足夠的阻焊層以阻止橋連。 

 

每個I/O焊盤應單獨設計阻焊層開口，這樣可以使I/O相鄰焊盤之間布滿阻焊層，阻止相鄰焊盤之間形成橋連。但是，針對I/O焊盤寬度為0.25mm，間距只有0.4mm的細間距QFN，只能將處于一邊的所有I/O焊盤統(tǒng)一設計一個大的開口，這樣I/O相鄰焊盤之間就沒有了阻焊層。 

    

I/O焊盤之間有阻焊層                                                         I/O焊盤之間無阻焊層

 

有些QFN的中央裸焊端設計過大，使得與周邊I/O焊端之間的間隙很小，很容易引起橋連。在這種情況下，PCB散熱焊盤的阻焊層設計應采用SMD工藝，即阻焊層開口應每邊縮小100um，以增加中央散熱焊盤與I/O焊盤之間的阻焊層面積。 

阻焊層應覆蓋散熱焊盤上的過孔，以防止焊錫從散熱過孔中流失，使QFN中央裸焊端與PCB中央散熱焊盤之間形成空焊。過孔阻焊層的直徑應比過孔直徑大100um，建議在PCB背面涂布阻焊油堵塞過孔，這樣可以在正面散熱焊盤上會形成許多空洞，這些空洞有利于在回流焊接過程中釋放氣體，并圍繞過孔形成更大的氣泡，需要特別說明的是，這些氣泡的存在不會影響熱性能、電性能和焊點可靠性，是可以接受的。